SIMULINK、AMESIM、RT-LAB及LABVIEW联合建模的仿真应用技术

1、2010中国制导、导航与控制学术会议(CGNCC 2010)2010年10月16-18 口 中国 上海引言】在多数软件开发和设计过程中，建模和仿翼只需要一 到卿种卄发工具即可满足设计嬰求，但足血对大型、通用 的设备常常就会出现简单的建模和仿貞设计，无法满足系 统的嬰求，每种开发工具各有利弊，无法取舍的尴尬同而, 如何介理的选择开发工具，并冇序、高效的将其组合在一 起，发挥最佳绩效，就成为噬待解决的问题。为此，在木套设备开发中引入了 Simulink、AMESim、 RT-LAB及LabView先进软件工具，经过先期充分的分析 和论证，结合设备希求.在合理选择的基础上，进行四种 软件的联介开发应

2、用，为系统设计了一套完善的建模、仿 直、试验的综合环境。该环境能够支持壇杂模型的搭建、 实时的闭环仿贞、友好的人机交互界而等等，处人限度地 满足了用户的需求.2开发工具选择1) RT-LAB作者简介，刘艳(19眇)，女,陕四西安,汉，歩科，工程师，研兜方向 为计算机仿典与訓试技术SIMULINK、AMESIM、RT-LAB 及 LAB VIEW联合建模的仿真应用技术刘艳王伟英(中国航西安飞行门动竝制研冗所.西安710065)摘要：本文介绍了块于四种应用软件联合建模仿真的仅计方法，利用API接口函數和软件模块的相互嵌套，设计开发了 某仿真与测试平台的虚拟原型设备.为系统设计了一矣克善的建模、仿真

3、、试脸的综合坏境，该环境能够支持复杂模型的 搭建、实时的闭环仿真、具有友好的人机交互界面，能够最大限度地淸圧用户的需汞。关便字：RT-LAB: Sunulink: AMESim: LabView：建模与仿真：大空通用仪备：The combinative modeling application in simulation equipmentbased on SIMULINK AMESIM、RT LAB and LABVIEWliuyan wngweiyrngXi'an Flight Automatic Control Research Institute . Xi'an 710

4、065. China)Abstract： The system simulation based on the combination of four application sofhvare By the interactive nesting use of API interface fimction and software module, a R&D Equipment of simulation and testing platfbnn is developed. It is also a satisfactory synthetical enriromnent for th

5、e flight control system mode ling.simulating and testing. It supports complex model creation, real-lime close-loop simulation, friendly man-machine conversation interface etc The needs of the equipment user can be satisfied on biggest extent.Keyboards： RT-LAB： Simulmk： ANlESini： Lab View： modeling a

6、nd simulation： big_scale cunency equipment该软件於基丁模型的系统设计与测试平台，其主耍 特点是：采用开放式的休系结构支持分布式仿貞与测试， 可以同时承载AMESim与Simulink联合建模，并实现模型 同的尢缝链接。RT-LAB來用主机口林机的刃发与运行模 式，RT-LAB软件运行在主机Windows平台.用于系统开 发、管理配直、调度控制以及数据处理筹功能：LI标机采 用QNX实时操作系统运行备子系统模型，实现分布式处 理功能，可以实现将毀杂模型划分为若卡子系统，分配到 务个目标机进行并行处理的功能。RT-Lab捉供了完善的 API接口.设计人员可

7、以使用第三方软件fl主开发用户应 用程序,如 LabView, C+, VB, Mat lab 等。RT-Lab 具有 良好的实时性，提供了优秀的硬实时性能.确保并行运算 不会改变模型的行为，简单易用友好的图形用户界面，具 有在线参数编辑功能，可以动态调整模型参数。2) AMESimAMESim提供了一个系统工程高级建模和仿翼的完整平 秤，使得用户可以在一个平台上建立复杂的多学科领域模 户可以在AMESim平台上研究任何部件或系统的稳态 和动态性能，分析和优化工程设计，具有庞大而齐全的模空 库，AMESim基本元索的概念(即从所有模型中提取出构成工1207程系统最小单元）使得用户可以在模空中描

8、述所有系统和寥 上位机通讯，以实现对动力学仿貞模空的分配与下载.1208如图2所示。图2系统构架图仿 ATfr部件的功能，AMESim能够直观的反映系统的工作原理，用 AMESim建立的系统模型与系统工作原理图几乎-样，而II对 元件之间传递的数据个数没有限制。同时AMESim可以与其它 软件如Simulink联介，进行更復朵的混合领域仿贞。3）Simulink及LabView为软件开发人员所熟Ml的应 用软件.其功能特点就不再赘述.4）经过先期论证，通过对乞类工具的分析，同时结 合本套仿直测试设备的具体需求，充分验证四类软件的兼 容性，最终得出结论，采用SIMULINK、AMESIM. RT

9、-LAB 及LABVIEW联合建模.3应用系统开发需求分析根据木套设备的试验需求与硬件资源配？t对应用系 统开发所需工具进行了分析论证，主要有两大类。第一类为建模软件，完成系统乞关键部件的建模和仿 貞通过AMESim和Simulink的联合可以实现此功能需求， 其中AMESim实现液用系统的建模，Simulink实现控制系 统的建模.因为AMESim与Simulink几冇良好的兼容性， 可以实现模型的无缝搭建：第二类为仿贞测试软件，将虚拟原型复杂的数7建模 划分为若干子系统.完成对软硬件资源的调用和控制，以 及同外部资源的数据交换，同时设备要兼有人性化、便于 使用花操作的友好人机界交互而，可以

10、利用RT-Lab和 LabView实现，其中RT-Lab可以实现对大型模里的划分， 分模块的同步运行，LabView实现对模型的控制运行显 示，RT-Lab具有强大的API接口，可以实现在LabView 下对其各功能的调用。JU本流程如图1所示：图1系统设计思路4应用系统的设计实现1）建立总体框架通过需求分析，确定该虚拟原型系统由一台主拧卜.位 机和四个下位机组成，上位机运行Wind。也操作系统.下 位机运行QNX实时操作系统，四个下位机之间通过1394 总线进行连接和通讯，同时四个卜位机都通过兆网线与2） AMESim 建模： 通过对虎拟原型动力学分析研究，利用 AMESim庞人的模型库，建

11、立完整的液爪仿貞 模型： 在模型中增加Simulink接口模块，将液乐仿 貞模型中需要实时检测或调试的信号引至该 接口：具体做法:在AMESim中定义input和output的个 数，将帝动态调用或拧制的参数连线引出.形成与 Simulink的接口，并在AMESim中生成该模型对应的调 用文件（该文件将在Simulink中通过S-Function被调 用）.如图3所示。7 output to_$niUmk reatire Week inout fron$imuln< >- S itnuirk RT'V 臬动力学仿真设备樓型图3 AMESim与Simulink接口示总图3）

12、Simulink 建模根据RT-Lab对模型节点的要求，将模型分解为以SC _、SM_、SS_为前缀的子模块.以“SC_”为前缀命名的模 块，运行在主控计算机卜.，完成数据捕获、实时显示和手 动开关等操作：以MSM_-和“SS_”为前缀的模块，根 据需求分别运行在不同的目标机上，除了完成必要的模型 解算之外，同时还完成整个忖标机系统的网络时钟同步.（对丁某个应用系统模型，必须且只能有唯一的主 节点子系统（SM_> :控制子系统（SC_）可以山有一个或没 仃；可以允许存龙多个从节点了系统（SS丼了系统Z 间通过OpComm通信模块进行通信.实现X子系统之间的 实时数据交互）根据RT-Lab

13、模空规范进行模卫拆分.模型被分为SM_Calculation> SS_Calculation （用于模型计算及SC_UserInterface （用八界而）.如下图所示：sm test3图4模型顶层视图 AMESim模空具体的调用方法就不再详述苴原理与方法 与C语育开发的S-Function *致。3） LabView与RT-LAB联介仿真o-Sine WaveScopeOutl图 5 SC_UserInterfaceSubsystemIniScopolCDOutlKZ)tD S3QKZ)Clockctock图 6 SM.Calcularionh>AMEtest3Abs心.S-Fu

14、nction-CD Outl图8 RT-LAB界面及功能TdtMJi T&g TG«3. TG«4.图9 LabView下用户界而图 7 SS.Calculation山丁篇幅问题,Simulink中通过S.Function模块对RT-LAB提供的用户界面，对于一般的应用而育.设 计人员只需根据界面按钮进行简单操作，就可以完成模型 的编译、下载、运行、监控等功能，但因木套设务要求具 备友好的人机交互界面，便于用户操作，要求具育良好的 曲线显示功能，因此在设计开发中，用LabView实现界而 的控制和显示，通过调用API接口函数开发基于RT-LAB 的仿真与测试平台，该

15、平台具条RT-LAB的基本功能更求, 实现了以RT-LAB为后台控制程序.LabView实现用户界 面封装以及底层对系统模型的节点分配、编译链接、下载, 生成可目标机上运行的实时代码，鼓右根据节点的分配信 息将备个实时代码下载至相应的冃标机并行运算，并同时 启动数据捕获和曲线显示。LabView设计完成的界而控制程运行在上位机. 通过界而按钮实现对模型的打开、编译、环境配呂、节点 分配、下载、运行控制、数据存储、曲线昭示以及数据分 析等乞项功能要求。如图11所示。图11 LabView下曲线显示界面5结束语木设备利用四种软件进行联合建模，搭建了液压仿 真和控制的虚拟原型，实跋衣明基AMESim

16、、Simulink、 RT-LAB和LabView为核心的应用系统.具有完善的建模 和仿真功能，该原型系统的搭建，为优化产品的设计流程， 先期验证大型系统的特性和完整性具冇垂耍总义,木套设 备的开发对干多种软件联合应用于大型通用系统具有良 好的推广和借鉴作用。参考文献:1JO.罗水红.实时软件的仿真测试平台的研兜LD计算机仿真. 2005 年第 lWh 217-2502黄键.RT-LAB任通用仿真与测试设备中的咸用J匚业控制计昴 机.2009年第22禮第12期：32-353巴少男.垂于AMESimFllMatlab 'Siniulink联介仿真的模WPIDF?制气 动何服系统研宛J.科学技术与匸程.2010年10 09期：2220-2223 陈错氐LabVIET S.COfT